Реферат: Реферат на тему: Популяція І мікроеволюція

РЕФЕРАТ

на тему:

Популяція і мікроеволюція


ПЛАН

1. ПОНЯТТЯ ПОПУЛЯЦІЇ

2. ІЄРАРХІЯ ПОПУЛЯЦІЙ

3. МІКРОЕВОЛЮЦІЯ
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. ПОНЯТТЯ ПОПУЛЯЦІЇ

Сучасні уявлення про біологічну популяцію формувалися впродовж століть. Уже в працях шведського природознавця К.Ліннея (1707-1778) бачимо роздуми про рівновагу в природі, основою якої є народжуваність і смертність організмів. Ідею ролі перенаселення, яке може стати причи­ною катастрофічної смертності організмів, висунув Буффон (1749 р.), а згодом її розвинув Брюкнер (1767 р.). Еволюційна концепція Ч.Дарвіна (1858 р.) ґрунтується на ідеї популяції і явищ, що в ній відбуваються.

Розвиток популяційної екології сьогодні пов'язаний із новими теорія­ми флуктуацій, генетичними і біогеоценотичними особливостями роз­витку популяцій, вивченням їх енергетичного потенціалу.

Термін популяція як екологічне поняття став широко відомим лише в повоєнний період. Цей повсюдно вживаний термін має, на що звертає увагу польський еколог П.Троян, формальний, конкретний і теоретич­ний характер.

Формальна дефініція переступає м~ежі екології. Для демографів попу­ляцією є "певна чисельність мешканців якогось краю", для біолога — "заселення території якимось видом", або ж "організми, які спільно за­селяють конкретний простір", або ж "група особин, об'єднана певними часово-просторовими межами". Для статистика — це кожна "група осо­бин, яка є об'єктом вимірів". Усі ці визначення не вичерпують суті пи­тання, оскільки важко визначити межі розповсюдження популяції. На­приклад, ліс є одночасно місцем поширення популяцій дерев, чагарників, трав'янистих і нижчих рослин, хребетних і безхребетних.

У дослідницькій практиці переважає так зване конкретне визначен­ня популяції. В цьому випадку дослідник сам визначає межі вивчення популяції (популяція щура в умовах багатоповерхової забудови, популяція гриба "борошниста роса" в умовах міських вуличних посадок тощо).

Певні особливості має теоретична дефініція популяції. Вона сто­сується структури популяції, зв'язків її з іншими популяціями в біо­ценозі чи місця популяції в біогеоценозі з його кругообігом речовин і енергії. Цей дефініційний рівень стосується понять демоцену як клітини організації природи, що стоїть на вищому щаблі, ніж особина.

Отже, популяція — це сукупність особин одного виду, які відтво­рюють себе протягом великої кількості поколінь і тривалий час займа­ють певну територію, функціонуючи і розвиваючись в одному або в ряді біоценозів. Популяція — елементарна еволюційна одиниця, екологічною ознакою якої є щільність, розподіл особин за віком і статтю, характер розміщення в межах екосистеми чи угруповання, тип росту та ін. В біоценозах популяція може мати становище ценопопуляції (сукупність особин одного виду в межах угруповання), поліценотичної популяції (популяції тварин, які переходять з одного біоценозу в інший), інвазійної популяції (популяція, яка нападає на популяції інших організмів: сарана, грибні захворювання).

Популяція розглядається різними біологічними дисциплінами як власний об'єкт дослідження і вивчення. Популяцію вивчають генетики, які досліджують локальні особливості конкретної популяції. Популяція є об'єктом досліджень фізіологів, які, наприклад, вивчають особливість еволюцій сухих чи зволожених місць зростання, також морфологів і анатомів. Сьогодні популяція є об'єктом досліджень систематиків.

Кожна популяція виконує певну функцію в біоценозі, водночас взаємо­діючи з популяціями того ж виду, які перебувають за межами даного біоценозу. Російський вчений В.М. Беклемішев (1960) звернув увагу, що на стан і самодіяльність популяції значною мірою впливають не лише ті явища, які відбуваються всередині даної популяції, але і в сусідніх попу­ляціях. На цій підставі він виділив ряд популяцій:

1. Незалежна популяція — розпоряджається достатнім потенціалом народжуваності, який дає змогу поповнювати їй втрати чисельності і довго існувати без міграції особин ззовні.

2. Напівзалежна популяція — може існувати лише завдяки роз­множенню власних особин в умовах низької чисельності. Імміграція осо­бин ззовні відчутно впливає на наслідки заселення.

3. Залежною стає популяція тоді, коли народжуваність не покриває втрат чисельності. Така популяція не може існувати без імміграції осо­бин ззовні.

4. Псевдопопуляція - це група особин якоїсь популяції, яка не має змоги розмножуватись у даному місці. Такі популяції утворюються зав­дяки міграції особин із сусідніх угруповань і можуть існувати досить довго, беручи участь у біоценотичних процесах, однак без можливості поширення. Такими є популяції стеногалітів — організмів, які надзви­чайно чутливі до концентрації солей у водному середовищі.

5. Періодична — популяція з'являється в незаселених біотопах або поза межами радіуса даного виду впродовж кількох місяців або навіть кількох років. Її існування пов'язане з періодичним виникненням спри­ятливих умов середовища.

6. Геміпопуляція, тобто напівпопуляція, в якій виразно виступає відмінність життєвих вимог у різних фазах життєвого циклу, а окремі постаті посідають різне місце в природі. Наприклад, личинки комара жи­вуть у, водоймищах, тоді як дорослі особини — в лузі. Аналогічно різно-просторова схема життєдіяльності травневого хруща, личинка якого роз­множується і живе в грунті, а сам хрущ — у кронах дерев, де виступає в ролі фітофага.

Запропонована В.М. Беклемішевим класифікація категорій популяцій розкриває функціональні особливості популяційних комплексів, їх роз­виток у просторі й часі. Міграція виду на території, не зайняті популяцією, є прикладом вищої організації живої природи, яким є біологічний вид.

Е. Піанка (1981), спостерігаючи в природі нерівноцінність популяцій, виділяє опортуністичні та рівновагові популяції. Перша категорія спри­чинюється періодичними порушеннями середовища, такими, як пожежі, повені, урагани, посухи, які раптово скорочують щільність популяції до рівня, значно нижчого, ніж максимальний, характерний для конкретно­го місцезростання. Такими є, наприклад, популяції однорічних рослин і тварин, які швидко ростуть навесні і влітку, а з настанням холодної по­годи скорочують свою чисельність.

Друга категорія популяцій (характерна для багатьох хребетних) ви­різняється станом, близьким до рівноваги, зі своїми ресурсами, причому їх щільність є значно стійкішою. Отже, коли оточуюче середовище стабільніше і значною мірою прогнозоване, щільність популяцій коливаєть­ся менше, а смертність має, як правило, спрямований характер, сприяю­чи збереженню тих особин, які краще виживають в умовах високої щіль­ності та конкуренції.


^ 2. ІЄРАРХІЯ ПОПУЛЯЦІЙ

Досліджуючи популяцію бука лісового, ареал якого простягається від Великобританії до західних областей України, помічаємо особливості її розвитку, пов'язані із географічним розміщенням регіону (рівнина, передгір'я, гори, морське узбережжя), а також з безпосередніми умова­ми місцезростання (тип лісу, експозиція, рівень зволоження і родючості). Таким чином, кожний вид займає якийсь конкретний ареал, в різних частинах якого спостерігаються різні умови.

Російський вчений М.П.Наумов (1963) запропонував концепцію ієрархії популяцій залежно від розмірів території, яку вони займають:

1. Елементарна (локальна) популяція — сукупність особин виду, які населяють невелику ділянку однорідної площі. Кількість таких популяцій пропорційна різноманіттю умов біогеоценозу.

2. Екологічна популяція — сукупність елементарних популяцій, тоб­то видові угруповання, приурочені до конкретних біогеоценозів (грабо­вих бучин, дубово-грабових субучин).

3. Географічна популяція — сукупність груп особин попереднього рангу, які заселяють значну територію з географічне однорідними умо­вами середовища. У межах останнього спостерігається єдиний ритм життєвих явищ та інші функціональні особливості, що створюють морфо-фізіологічний тип, який відрізняє дану популяцію від сусідніх, котрі перебувають у інших географічних умовах (генотип бука: рахівський, розточанський, кам'янець-подільський та ін.).

Визначаючи конкретні розміри місцезростань популяцій у природі, В.Д. Федоров і Т.Г. Гільманов (1980) висунули гіпотезу про збіг ареалів популяцій з просторовими межами екосистем. Передусім це стосується популяцій рослин, які, будучи нерухомими, найтісніше пов'язані з умо­вами місцезростання. Популяції тварин, які, в свою чергу, нерозривно пов'язані з рослинами трофічними, хорологічними (просторовими) та іншими стосунками, приурочені до певних екосистем (в дібровах, де основною популяцією є дубова, живуть одні тварини, в борах, де домінує соснова популяція, — інші).

Це дає підставу розглядати кожну популяцію як самостійний елемент екосистеми, її підсистему, вплив якої проявляється у всіх частинах її біотопу. Тому популяція цікавить еколога як підсистема, яка відіграє ту чи іншу роль у функціонуванні усієї екосистеми. Скорочення чисельності популяції рака в поліських річкових екосистемах є сигналом до функціональних змін швидше всього антропогенного характеру: осушення та хімізація перезво­ложених земель призвели до погіршення якості кормових ресурсів виду

Отже, популяція може самостійно існувати лише при взаємодії з іншими популяціями, як компонент екосистеми. Популяція, образно кажучи, вибирає собі екосистему, де б їй найкраще жилося. Водночас цеп процес взаємний: екосистема може й не прийняти її в своє угрупован­ня, якщо вона їй "не підходить".

Розрізняють такі варіанти розподілу популяцій за екосистемами: в декількох сусідніх екосистемах живе одна популяція виду (популяція бука лісового в різних типах лісу — від бучин до субучин); в одній еко­системі проживає лише одна популяція виду (чорновільшаник з вільхою чорною); в одній екосистемі співіснують декілька популяцій видів (в бучині живуть популяції граба, клена, явора, липи, горобини тощо). Для популяцій тварин характерним є те, що від першого до третього варіанта розподілу звичайно зменшуються розміри тіла виду, а отже, і розміри площ, які займає популяція. Наприклад, популяція благородного оленя може заселяти декілька лісових екосистем, а один вид ґрунтових амеб або інфузорій представлений в екосистемі багатьма популяціями. Всі особини одного типу, представлені в екосистемі, утворюють один екотип, який може складатися із частини популяції, з однієї популяції або з декількох популяцій. Кожна популяція займає один популяційний простір.

Упродовж свого тривалого життя популяція займає певну територію і зберігає якусь середню статистичну кількість особин. Тому^ приступаю­чи до вивчення популяції, насамперед намагаються визначити чи­сельність і щільність особин, тобто визначити ці два показники стану популяції, які свідчать про ступінь її впливу на екосистему в цілому і функціональну значимість.

^ Чисельність популяції — загальна кількість особин на даній території або в даному об'ємі (води, ґрунту, повітря), які належать до однієї популяції. Розрізняють неперіодичні (такі, що рідко спостерігаються) і періодичні (постійні) коливання чисельності популяцій.

^ Щільність популяцій — середня кількість особин на одиниці площі чи об'єму. Розрізняють середню й екологічну щільності. Середня щіль­ність — це кількість особин (або біомаса) на одиницю всього простору. Екологічна щільність — кількість особин (або біомаса) на одиницю заселеності простору (тобто доступної площі або об'єму, які фактично можуть бути зайняті популяцією). При збільшенні чисельності щільність популяції не росте лише у випадку її розселення, розширення ареалу.

Існують різні методи підрахунку чисельності і щільності популяцій. Розмір території, на якій здійснюється підрахунок, залежить передусім від розміру особин (мурашка чи олень), можливостей їх підрахунку (неру­хоме дерево і рухлива тварина), типів розподілу чи дисперсії. Для вели­ких хижаків площа підрахунку може сягати 100 км2. Для підрахунку дерев, білок чи мурашників можна взяти площу 1 га, тоді як для личинок трав­невого хруща чи дощового черв'яка — 1 м2. У водному середовищі або ґрунті поряд з одиницею площі для дрібних і мікроскопічних мешканців беруть одиницю об'єму 1 дм3 або 1л, 1 см3 або 1 мл.

^ Максимальною щільністю особин популяції вважається така, яка вже не може підтримуватися екосистемою. Мінімальна щільність особин на певній території не дає можливостей для їх розмноження, а отже, для існування цієї популяції в екосистемі.

Співвідношення чоловічої і жіночої статей в популяції має важливе екологічне значення, оскільки воно безпосередньо пов'язане із потен­ціалом її розмноженя, а отже, впливом на життєдіяльність усієї екосис­теми. Причому стосується лише роздільностатевих організмів. Справа в тому, що у популяціях розрізняють одностатеві і двостатеві структу­ри. Одностатеві популяції складаються лише з жіночих особин і роз­множуються партеногенезом (розвиток яйцеклітини відбувається без запліднення: бджоли, тлі, коловертки, багато спорових і насіннєвих рос­лин). У природі поширеніші двостатеві популяції. У тваринному світі переважають роздільностатеві види, зрідка трапляються і в рослин (тополі, мохи). Гермафродитизм (наявність в одного організму чоловічих і жіночих органів розмноження) характерний для безхребетних та вищих рослин.


3. МІКРОЕВОЛЮЦІЯ

Мікроеволюція - це сукупність еволюційних процесів, які відбуваються в популяціях одного виду.

Макроеволюційні зміни — наслідок процесів, що відбуваються на мікроеволюційному рівні. Нагромаджуючись, ці зміни спричинюють макроеволюційні явища.

Процеси всередині виду, які спричинюють формування внутрішньовидових угруповань — популяцій, підвидів і далі — до становлення нових видів, називають мікроеволюцією. Створюючи теорію природного добору, Ч. Дарвін пов'язував дію добору лише з особинами. Проте дослідження, проведені вже в XX ст., довели, що повністю зрозуміти дію добору можна тільки, беручи до уваги процеси, які відбуваються в групах організмів.

Сукупність генотипів усіх особин, що входять у популяцію, становить ЇЇ генофонд. У популяції одночасно знаходяться особини як з домінантними, так і з рецесивними ознаками. Виникає запитання: чому рецесивний алель не витісняється домінантним? Цю закономірність суто математично пояснили у 1908 р. незалежно один від одного два дослідники, за прізвищами яких і було названо законом Харді — Вайнберга.

Візьмемо якусь популяцію з однаковим співвідношенням генотипів АА і аа. Частоту гена А в ній позначимо через р, а гена а — через q. Тоді частоти цих генів у гаметах самок і самців становитимуть по 0,5. На підставі схрещування гетерозигот Аа і Аа складемо решітку Пеннета:



відсутністю мутацій, відсутністю добору за ознаками, що кодуються певним геном, відсутністю міграцій із сусідніх популяцій цього виду. В природних популяціях таких умов немає і генофонд популяції змінюється.

Відносно стабільні гени з часом можуть змінюватися шляхом мутацій. У кожному окремому гені мутації виникають рідко, але в генотипі будь-якого організму генів дуже багато. Звідси випливає, що в кожному поколінні відбуваються мутації значної кількості генів. У рослинних і тваринних організмів може бути від 5 до 30 % гамет, у яких хоча б один ген мутований, тобто змінений.

Більшість мутацій рецесивні, і в популяції вони спочатку нагромаджуються в гетерозиготному стані. Тому фенотипово популяція однорідна, хоча й насичена різноманітними рецесивними мутаціями. У разі досягнення досить великої концентрації гетерозигот з'являються рецесивні гомозиготи, які потрапляють під контроль природного добору. Якщо нові ознаки виявляються сприятливими, вони підхоплюються добором і число таких організмів у популяції швидко зростає. Насиченість популяцій рецесивними алелями встановив генетик С. С. Четвериков, а 1.1. Шмальгаузен назвав Ті резервом спадкової мінливості.

Дрейф генів та його генетичні наслідки. Однією з причин певної генетичної структури популяції є дрейф генів — випадкова і неспрямована зміна частот зустрічальності алелів у популяції. Найкраще це явище виявляється в нечисленних популяціях завдяки обмеженню свободи вибору партнера при розмноженні. І навпаки, чим вища чисельність популяції, тим менш значна роль дрейфу генів у зміні частот зустрічальності алелів.

Так, очевидно, в результаті дрейфу генів у північноамериканських індіанців концентрація алеля гена групи крові В (^в) Дуже низька, переважає група крові 0. Припускають, що в тій популяції стародавнього племені, яке мігрувало з Азії і дало початок аборигенам Північної Америки, цього алеля гена випадково не виявилось або його носіїв було мало і алель JB у результаті дрейфу генів був втрачений.

Одним з наслідків дрейфу генів є збільшення частоти зустрічальності гомозигот у нечисленних популяціях. Це зумовлено підвищенням ймовірності спорідненого схрещування, в Результаті якого зростає частка гомозигот. Крім того, в таких популяціях випадково можуть втрачатися окремі алелі.

Однією з причин дрейфу генів є так звані популяційні Хвилі — періодичні коливання чисельності особин популяцій. Найчіткіше воно виражене в організмів із швидкою зміною поколінь (комах, кліщів, однорічних рослин). При цьому зменшення густоти популяції спричинюється загибеллю частини особин внаслідок випадкових причин, незалежно від ступеня їхньої пристосованості до умов довкілля, що значно змінює співвідношення частот зустрічальності різних алелів.

Отже, в результаті дрейфу генів у популяціях, особливо нечисленних, може зростати частота зустрічальності гомозигот; тривалий час зберігатись мутантний алель, який знижує пристосованість особин; завдяки популяційним хвилям може швидко збільшуватися частота зустрічальності одних алелів, тоді як інші взагалі можуть бути втрачені. Таким чином, популяції, які спочатку мали подібну генетичну структуру, з часом все більше розрізнятимуться за нею незалежно від умов існування.

Межі між різними способами видоутворення умовні: на різних етапах мікроеволюції один спосіб змінює інший або вони діють сумісно. Первинна географічна ізоляція може згодом приєднатися до дії екологічної, що приведе до вдосконалення пристосувань, тому процес видоутворення має пристосувальний характер. Коли утворений вид стає генетичне замкненою системою, мікроеволюція закінчується. Проте всередині виду продовжують нагромаджуватися мутації, які, в свою чергу, можуть стати джерелом нового напряму еволюції. Кожний вид існує реально, але є історично сформованою тимчасовою ланкою в ланцюзі процесу еволюції.

На зміни у популяціях впливають:

а) хвилі життя - це коливання чисельності особин у популяції;

б) ізоляція - неможливість схрещування між особинами одного виду;

Ізоляція є: географічна (річка, гори, ліс);

екологічна - коли в середині популяції виникають раси (форм з різними вимогами до умов довкілля в межах ареалу);

в) дрейф генів - перерозподіл генів і зміна їх частоти зустрічності внаслідок випадкових схрещувань.

При малій чисельності особин у популяції зростає можливість при схрещуванні переходу рецесивних генів у гомозиготний стан, що веде до загибелі особин з рецесивними генами і до зміни генофонду популяції.


СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
Кучерявський В.П. Екологія. Львів: Світ, 2000.

Корсак К.В. Плахотник О.В. Основи екології. К.: МАУП, 2000.

Білявський Г.О. Фурдуй Р.С. Основи екологічних знань: Підручник. – К.: Либідь, 1997.

Джигирей В.С. Екологія та охорона навколишнього природнього середовища. – К.: 2000.